Quando incappiamo nelle parole “smart factory”, quasi inevitabilmente incontriamo anche la frase “Machine-to-Machine” (M2M) communication”. L’obiettivo della comunicazione tra macchine dedicate alla produzione è di raccogliere dati per successiva elaborazione e valutazione.
Questioni come la manutenzione predittiva e l’ottimizzazione dell’utilizzo delle macchine in ambiente di produzione sono realisticamente possibili solo in questo modo. Il rapido sviluppo nelle aree dell’IIoT (Industrial Internet of Things) e dell’industria 4.0 sta portando all’avanzamento di questo trend. Assistiamo quindi all’aumento del numero di nodi connessi nel settore industriale.
La comunicazione M2M è tradizionalmente basata sulla tecnologia fieldbus. I classici protocolli fieldbus come Profibus o Modbus RTU sono in uso ormai da molti anni, sono maturi e ampiamente utilizzati nel networking. I ben noti protocolli dell’Industrial Ethernet sono Ethernet/IP, Modbus TCP, Profinet ed Ethercat.
La diffusione dello standard di comunicazione mobili 5G porterà un’accelerazione negli sviluppi nell’area della comunicazione M2M. L’uso del 5G elimina la necessità di networking fisico delle macchine, fattore che ne ostacolava l’integrazione da parte degli integratori di sistemi, soprattutto quando le macchine erano collocate in altre sedi. Inoltre, si nota una chiara crescita nel settore wireless (WLAN, LPWAN, Bluetooth) che si attesta sul 30% circa all’anno. È qui che esiste un chiaro potenziale di sfruttamento delle nuove opportunità offerte dalle reti wireless.
Individuare una soluzione all-in-one
Tutti i componenti che intendiamo usare per l’automazione devono sia supportare i protocolli fieldbus – consolidati e largamente utilizzati – sia essere pronti per i protocolli Industrial Ethernet e TCP/IP comuni del mondo IT.
Qui spesso incontriamo innovazioni come i big data, la manutenzione predittiva e ci scontriamo col fatto che i sistemi IT standard stanno diventando sempre più un componente dello scenario di automazione industriale.
Come soddisfare dunque questi requisiti in futuro e, allo stesso tempo, rispondere ad altre domande relative alle fabbriche intelligenti? O, in generale, come rispondere alle domande dell’economia circolare[1] nell’industria 4.0?
Ed è qui che entra il gioco l’Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA)
A questo punto, l’OPC UA è già utilizzata e sarà sempre più utilizzata in futuro come architettura omnicomprensiva in grado di garantire il necessario scambio di informazioni tra produttori e l’interoperabilità dei vari componenti.
In questo contesto, OPC UA è molto più di un semplice standard di comunicazione per le comunicazioni in tempo reale nell’automazione. OPC UA è semmai un’architettura service-oriented (SOA) basata su una rete IP e compatibile con IPv4 e IPv6. OPC UA, inoltre, è indipendente dalla piattaforma, flessibile in termini di applicazione, a prova di futuro e può essere esteso a piacere.
Vale la pena sottolineare l’indipendenza dal mezzo di trasporto fisico e dal protocollo di trasporto, vantaggio decisivo di OPC UA rispetto agli altri protocolli dati IoT dedicati.
La OPC Foundation crea gli standard necessari, li aggiorna e collabora con i leader di mercato.
Lo standard “PubSub” rende possibili le comunicazioni fino a livello del singolo sensore
OPC Foundation ha rilasciato il Publish-Subscribe Standard (“PubSub”) per OPC UA come estensione importante dello standard di comunicazione.
Lo standard è totalmente integrato con la tecnologia OPC UA esistente e permette all’utente di implementare OPC UA fino al più basso livello di produzione di fabbrica, dove esistono controller, sensori e sistemi embedded che richiedono l’ottimizzazione delle comunicazioni a bassa latenza nelle reti locali.
Un’applicazione OPC UA può essere sia server sia client ma anche publisher o subscriber. Una funzione di esplorazione permette all’utente di trovare facilmente i server OPC UA con i relativi servizi.
Comunicazione cloud sicura su OPC UA
“PubSub” permette anche l’uso di OPC UA in ambienti cloud o multicloud mediante l’uso di popolari protocolli cloud come MQIT o AMQP. Un esempio tipico si ha in scenari in cui molti “mittenti” comunicano con un “ricevitore”, ad esempio un servizio di monitoraggio nel cloud o un servizio di ottimizzazione cloud-based. Allo stesso tempo, OPC UA offre un importante vantaggio: la sicurezza end-to-end e la modellazione dati standardizzata.
Creare una comunicazione a norma con DIN SPEC 92222
DIN SPEC 92222 implementa un modello di riferimento per la “Cloud Federation” industriale. L’obiettivo è una comunicazione uniforme dal dispositivo sul campo all’applicazione multicloud basata su OPC UA. Nel processo sono coinvolte aziende come Bosch, IBM, Fujitsu, Microsoft, enti di ricerca come Fraunhofer e associazioni come VDMA e Bitkom.
Per raggiungere l’obiettivo di una comunicazione coerente e standardizzata, il numero di tecnologie, regole e standard deve essere ridotto al minimo. Vengono definite interfacce uniformi per il routing tra i cloud come prerequisito per un’infrastruttura multicloud. Si decide quali protocolli di trasporto debbano essere usati per quali applicazioni. La particolare implementazione determina, ad esempio, come debba essere fatta la configurazione e la messa in opera dei necessari componenti (broker, relay, router). Inoltre, vengono create le specifiche per l’uniformità delle autenticazioni e delle autorizzazioni.
OPC UA – Secure by Design
In un ambiente industriale high-tech, la sicurezza è un elemento importante da considerare per quanto riguarda la trasmissione dei dati e l’implementazione di nuove tecnologie.
Per questo, i membri di OPC Foundation hanno messo insieme le proprie esperienze, creando uno user group dedicato alla sicurezza. Il Security Working Group di OPC Foundation ha pubblicato un white paper in cui sono definite le misure di sicurezza e una serie di Raccomandazioni Pratiche per la costruzione di applicazioni OPC UA: Il documento, disponibile per il download gratuito, vuole fornire una panoramica delle misure di sicurezza raccomandate utilizzate nelle installazioni basate sulle buone pratiche.
OPC UA evolve verso uno standard di comunicazione M2M
In virtù dei futuri sviluppi di OPC UA supportati da OPC Foundation e dell’alto grado di accettazione da parte dell’industria, OPC UA è attualmente lo standard di comunicazione indipendente dalla piattaforma più usato per garantire interoperabilità e scambio di informazioni tra macchine e sistemi.
Forte di oltre 610 membri della OPC Foundation e migliaia di dispositivi conformi, OPC UA costituisce un framework a prova di futuro per M2M, fabbrica intelligente/economia circolare e industria 4.0.
La portata degli sviluppi, sempre aperti alla valutazione pubblica, e il numero di membri indicano in quale direzione si stia andando in termini di standard per l’automazione industriale.
[1] Con il termine Economia Circolare si intende un approccio olistico alla produzione in rete in generale e non limitata alla manifattura di un singolo prodotto.
